это механизм освобождения атома от избыточной энергии, полученной при ионизации, путем испускания рентгеновского фотона. Существует также безызлучательный механизм снятия возбуждения — путем испускания Оже-электронов. Он заключается в том, что избыточная энергия передается другому электрону, находящемуся на том же или более высоком уровне, вследствие чего электрон покидает атом. В результате возникает дважды ионизированное состояние.
Оже-эффект открыл П. Оже в 1923; для аналит. целей впервые его использовал Дж. Ландер в 1953.
Оже-спектроскопия — метод электронной спектроскопии, основанный на анализе распределения по
энергии электронов возникших в результате Оже-
эффекта
Метод электронной оже-спектроскопии относится к зондирующим методам. Он основан на анализе распределения энергии электронов, эмитированных исследуемым веществом под действием пучка первичных электронов, и выделении из общего энергетического спектра тех, которые возникли в результате оже-процесса.
При бомбардировке поверхности материала электронами с энергией, достаточной для ионизации одной из внутренних оболочек атома, например К, возникает первичная вакансия, которая моментально (за 10−16—10−14 с) заполняется электроном, перешедшим из другой оболочки атома, например М. В результате возникает вторичная вакансия. Если EK и EM — энергии, необходимые для переноса
электрона с К и М уровней на бесконечность, то энергия, выделяемая при таком переходе, равна EK - EM.
Схема процесса Оже-эмиссии
а) фотон hν с энергией, достаточной для ионизации K-оболочки, выбивает электрон. В результате на K-уровне образуется вакансия;
б) дырка в K-оболочке заполняется электроном из L1-подоболочки, а выделившаяся энергия передается другому электрону из L3-подоболочки. Этот второй электрон может испускаться с энергией ЕL3 – ЕL1, – ЕK. В результате образуется дважды ионизированное конечное состояние
Эта разница в энергии может распределиться по разным каналам. С одной стороны, в виде выпущенного кванта характеристического рентгеновского
излучения hv = EK - EM (радиационный переход), а с другой
передана электрону внешней оболочки атома, например N (безызлучательный переход или оже-переход).
Энергия |EK - EM| - EN может быть положительна (или равна нулю).
В этом случае электрон эмитируется в вакуум и регистрируется как оже-электрон. Вероятность его выхода зависит от порядкового номера Z атомов изучаемого материала. Поскольку вероятность радиационного перехода с и увеличением Z увеличивается (пропорционально Z4), вероятность появления оже-перехода при этом уменьшается. Так, для легких элементов она составляет примерно 95%, а для элементов с Z> 70 не превышает 10%.
Глубина выхода оже-электронов d0 в диапазоне энергий, которые
имеют интерес для электронной оже-спектроскопии, составляет 5 — 10 моноатомных слоёв. Поэтому можно сказать, что информация, полученная этим методом, относится к приповерхностной области исследуемого образца.
Вероятность испускания Оже-электронов и рентгеновской флуоресценции в зависимости от атомного номера
Схема возбуждения рентгеновской флуоресценции
Однородный пучок первичного излучения, выходящий из окна рентгеновской трубки и состоящий из характеристического и тормозного компонентов, падает под углом j на плоскую и идеально ровную поверхность полубесконечного гомогенного анализируемого образца и поглощается в нем. В результате атомы образца, участвующие в поглощении, ионизируются, вакансия во внутренней оболочке заполняется электроном с внешних оболочек, а энергия этого перехода выделяется в виде фотона характеристического флуоресцентного излучения.
Электронная спектроскопия для химического анализа
сокр., РФЭС; ЭСХА иначе электронная спектроскопия для химического анализа (англ. X-ray photoelectron spectroscopy сокр., XPS; ESCA).
Название метода — электронная спектроскопия для химического анализа (ЭСХА) — было введено основателем метода К. Зигбаном (K.. Siegbahn), получившим в 1981 году Нобелевскую премию по физике «за вклад в развитие высокоразрешающей электронной спектроскопии».
Это разновидность фотоэлектронной спектроскопии, в которой для возбуждения фотоэлектронов используется рентгеновское излучение, и которая служит для зондирования глубоких (остовных) электронных уровней.
Лабораторные источники для РФЭС — это рентгеновские трубки, в которых рентгеновское излучение создается бомбардировкой мишени высокоэнергетическими электронами. Обычные материалы мишени — это Mg и Al, обеспечивающие излучение с энергией фотонов 1253,6 эВ и 1486,6 эВ соответственно. В спектрах РФЭС остовные уровни проявляют себя в виде острых пиков. Энергетическое положение пиков дает информацию о том, какие химические элементы присутствуют в образце, а также об их химическом окружении, которое проявляется в так называемых химических сдвигах — смещениях положения пика на величину от 1 до 10 эВ при образовании химической связи. Интенсивность пика дает информацию о концентрации данного элемента в образце, поэтому РФЭС наиболее часто используется для анализа химического состава образцов.
СИГБАН Кай Манне Бёрье Сигбан (Siegbahn Kai Manne Borje) (20.IV.1918
– 20.VII.2007)
Исследования в области спектрометрии, атомной и молекулярной физики, физической химии. Разработал (1946) спектрометр с
двойной фокусировкой и построил (1950) прецизионный спектрометр с большим радиусом кривизны. Сконструировал первый рентгеновский электронный спектрометр и впервые осуществил монохроматизацию рентгеновского излучения в рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Разработал (1951) метод электронной спектроскопии для химического анализа (ESCA). Используя этот метод, получил узкие электронные спектры, максимумы которых соответствовали энергиям связи электронов на внутренних оболочках атомов, и исследовал энергии связи электронов практически всех химических элементов. За вклад в развитие электронной спектроскопии удостоен в 1981 Нобелевской премии.
С 1981 — президент Международного союза чистой и прикладной физики. Медаль А. Цельсия (1962). Член ряда академий наук.